Регуляторный участок ДНК может влиять на развитие мозга приматов

Исследователи из Тайваня и Японии обнаружили участок ДНК, который, по их данным, помогает регулировать образование особых стволовых клеток мозга. Эксперименты на органоидах и мышах показали, что изменения в этой регуляторной последовательности могут влиять на развитие клеток, участвующих в формировании коры больших полушарий.

Работу провели специалисты Национального университета Ян Мин Цзяо Тун и Академии Синика на Тайване вместе с коллегами из Киотского университета. Они изучали ген DACH1, который есть у людей, обезьян и мышей. Отличие, как предполагают авторы, заключается не в самом гене, а в небольшом участке ДНК, регулирующем его активность: одна из особенностей этого участка встречается у приматов, но отличается у других позвоночных.

Роль клеток-предшественников

Команда сосредоточилась на базальных радиальных глиальных клетках — bRG. Они особенно многочисленны в развивающемся мозге приматов и сравнительно редки у мышей. Такие клетки могут многократно делиться и увеличивать число клеток-предшественников, из которых формируется кора — наружный слой мозга, связанный, среди прочего, с памятью, восприятием и языком. bRG также участвуют в образовании нейронов, соединяющих разные области коры.

Чтобы проверить функцию регуляторного участка, ученые выращивали в лаборатории трехмерные органоиды коры человека и макаки-резуса. После удаления этого участка в органоидах стало меньше клеток с маркером bRG, тогда как другие важные группы клеток-предшественников в основном не изменились. Введение человеческого регуляторного элемента в развивающийся мозг мышей, напротив, увеличило число клеток с признаками bRG.

«Ген уже есть и у людей, и у мышей. Важное различие может заключаться не в самом гене, а в инструкциях, которые управляют его использованием во время развития мозга. Это дает нам еще один способ понять, как эволюция могла привести к появлению разных типов мозга», — сказала профессор Пэй-Шань Хоу из Института анатомии и клеточной биологии Национального университета Ян Мин Цзяо Тун.

В другом эксперименте исследователи повысили активность DACH1 и с помощью видеосъемки наблюдали за делением клеток в ткани развивающегося мозга мыши. Доля дочерних клеток, приобретавших признаки bRG, выросла примерно с 4% почти до 15%. Ученые также зафиксировали изменения в соотношении формирующихся типов нейронов, в том числе связанных с соединениями между полушариями. По данным команды, DACH1 подавляет другой молекулярный сигнал, участвующий в развитии стволовых клеток нервной системы.

Авторы подчеркивают, что результаты не объясняют напрямую происхождение интеллекта. Они указывают на возможный механизм, с помощью которого эволюционные изменения в регуляции уже существующих генов могли повлиять на набор клеток, формирующих мозг приматов. На его развитие могут влиять не только количество производимых клеток и продолжительность их размножения, но и то, какие именно типы клеток возникают.

Органоиды — лабораторные трехмерные модели, воспроизводящие некоторые особенности раннего развития органов. Они позволяют изучать процессы, которые трудно наблюдать непосредственно у человека. Исследователи считают, что дальнейшее изучение регуляторных участков ДНК поможет лучше понять формирование мозга; возможное применение этих знаний в медицине пока относится к перспективам будущих исследований.

Оригинал этой публикации впервые появился на medstand.ru.